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TiAl合金具有高强度,低密度,优异的抗蠕变性能和抗氧化性能等优点,被认为是新一代极具应用前景的高温结构材料。但TiAl基合金具有本征脆性,室温变形能力较差,制约了其应用发展。研究表明,通过热加工可以有效的细化组织,提高合金的性能。因此本文选择Ti-43Al-(Cr, Mn, Y)合金为研究对象,采用铸锭冶金法制备Ti-43Al-2Cr-1.5Mn-Y和Ti-43Al-1.5Cr-1Mn-Y合金板材,对合金的锻态和轧态组织和力学性能进行研究,分析不同的Cr和Mn添加量对合金热成形性及室温力学性能的影响。对板材进行热处理,分析热处理过程中的组织演变。 采用感应凝壳熔炼制备了Ti-43Al-(Cr, Mn, Y)合金铸锭,铸锭外观完好,并未有较大缺陷。分两种工艺采用包套近等温锻造的方式制备了Ti-43Al-(Cr, Mn, Y)合金锻坯,锻坯外形完整,轮廓均匀,表面质量完好,并未观察到破裂现象。一次锻Ti-43Al-2Cr-1.5Mn-Y合金组织主要由14.2%B2相和79.5%细小γ晶组成,晶粒的平均尺寸为8.6μm,而二次锻组织中除了块状B2相,还析出较多条状的β/B2相,形成了β/B2+γ片层结构,晶粒的平均尺寸为9.6μm。一次锻Ti-43Al-1.5Cr-1Mn-Y合金组织由γ细晶以及拉长的层片晶团构成,而二次锻组织中含有较多的残余片层晶团,组织中 B2相和α2相的含量分别在4%和17.5%左右。锻态Ti-43Al-2Cr-1.5Mn-Y合金的室温抗拉强度为616MPa,室温延伸率为0.32%,锻态Ti-43Al-1.5Cr-1Mn-Y合金的室温抗拉强度为840MPa,室温延伸率为0.92%。 采用包套热轧的方式制备了Ti-43Al-(Cr, Mn, Y)合金板材,初轧温度分别为1170℃和1200℃。板材组织为近γ组织,由80%左右的γ细晶和10%左右的B2相构成,平均晶粒尺寸为7-8μm。采用包套热轧的方式制备了Ti-43Al-1.5Cr-1Mn-Y合金板材,初轧温度分别为1235℃和1250℃。板材组织为双态组织,主要由大量片层晶团和等轴晶粒组成, B2相的含量低于5%,其中γ/α2层片晶团的含量在50%-70%之间,尺寸在10μm左右,再结晶γ晶粒尺寸在5μm以下,合金的平均晶粒尺寸为6μm左右。两种合金轧板的室温拉伸性能都比较优良,轧态Ti-43Al-2Cr-1.5Mn-Y合金的室温抗拉强度为696MPa,延伸为1.22%。轧态Ti-43Al-1.5Cr-1Mn-Y合金的室温抗拉强度高达864MPa,延伸率可达2.03%。可见细小的双态组织具有更佳的性能,并且B2相的增加会导致合金室温塑性降低。 对合金板材进行热处理,分析热处理过程中的组织演变,确定两合金的热处理工艺。Ti-43Al-2Cr-1.5Mn-Y合金的全片层处理工艺为1300℃/30min/FC,热处理后片层晶团粗大,尺寸在100-200μm之间,合金性能降低,室温抗拉强度为589MPa,延伸率为0.6%。Ti-43Al-2Cr-1.5Mn-Y合金的双态组织的热处理工艺为1250℃/4h/FC,热处理后组织中片层晶团尺寸在20-40μm之间,等轴γ晶粒的尺寸在10-20μm之间,合金的室温抗拉强度降低至495MPa,延伸率提高至0.5%。由于轧态Ti-43Al-1.5Cr-1Mn-Y合金的原始组织即为双态组织,故对其进行近片层和全片层热处理。TiAl合金的近层片热处理工艺为1300℃/10min/FC,组织中的片层晶团尺寸在50-80μm之间,其室温抗拉强度为491MPa,属于脆性断裂。TiAl合金的全层片热处理工艺为1320℃/10min/FC,组织中片层晶团尺寸约为60μm。室温抗拉强度为680MPa,延伸率为1.02%。